BDS-3不同模式下PPP对流层延迟性能评估

顾贯永

（1.河南省有色金属地质勘查总院，河南 郑州 450052）

我国BDS-3已正式投入使用，将在我国国防、民生建设和经济建设中发挥重要作用，因此对其全球定位性能进行评估是今后研究的热点问题[1-4]。电离层延迟和天顶对流层延迟（ZTD）是影响BDS-3定位性能的主要误差源，电离层延迟可用通过双频组合改正进行消除，ZTD只能通过参数或模型进行改正[5-6]。在高精度精密单点中，ZTD建模误差将对定位性能产生很大影响，因此高精度的ZTD反演对气象学研究具有重要意义[7-8]。利用GNSS估计ZTD的方法主要包括精密单点定位法（PPP）和双差网解法。PPP方法因其操作简单，只需单台接收机即可获得ZTD绝对量，成为常用的ZTD估计法[9-11]。

BDS静态PPP性能与GPS相当，其ZTD估计精度优于1 cm，与GPS估计RMS值相差在1 mm以内[12]。GPS系统静态、动态、固定坐标3种模式下估计的ZTD结果相当，静态的相关性更好，静态与动态时段解算精度与收敛速度相当，且优于固定坐标模式[13]。数据融合估计ZTD方法较Saastamoinen模型和GPT2w+Saastamoinen模型都有明显提升，提升值约为8 mm[14]。在华南沿海地区短基线GNSS-C级网解算中，ZTD不估计的解算策略U分量定位精度优于ZTD估计策略，采用ZTD估计策略解算整网的基线重复性优于ZTD不估计的解算策略[15]。四系统组合PPP实时ZTD估值的收敛时间、估计精度和可用性较单系统和双系统均有所改善，尤其是在遮挡观测环境下，改善效果更加明显[16]。采用Galileo、GPS和GPS/Galileo实时PPP估计ZTD的精度较优，Galileo和GPS解的符合性良好，Galileo实时估计的ZTD精度满足要求，GPS/Galileo组合精度较任一单系统都有较大提升[17]。本文均匀选取全球范围内8个MGEX跟踪站数据，采用两种双频PPP模型解算BDS-3静态与动态双频PPP数据，并根据不同解算方式评估ZTD。

1 数据选取与解算策略

本文选取全球范围内均匀分布的8个MGEX跟踪站数据，数据采集时间为2021-01-04—2021-01-08，观测总时长24 h，采样间隔为30 s。所选测站均能接收BDS-3大部分卫星信号，且能接收BDS-3多频信号，以满足不同双频组合定位要求。测站分布如图1所示。

图1 MGEX站点分布

本文采用的PPP解算软件和ZTD评估软件均为上海天文台GNSS分析中心的Net_Diff软件，精密星历与钟差采用德国波茨坦地学中心发布的精密产品，各测站精密坐标由IGS中心发布的SNX文件获取。首先进行BDS-3双频静态PPP解算，定位模型采用双频无电离层组合模型和非差非组合模型，解算频率为B1C/B2a和B1I/B3I双频组合；再根据解算得到的定位结果，评估不同解算策略BDS-3收敛后静态PPP精度和ZTD精度，并与IGS发布的ZTD结果进行比较，IGS发布的ZTD产品历元为300 s；然后进行BDS-3双频动态PPP解算，采用的定位模型和解算频率与静态一致，同样对BDS-3收敛后动态PPP精度和ZTD精度进行评估。具体解算策略与参数设置如表1所示。

表1 解算策略以及参数设置

2 实验结果与分析

为详细分析BDS-3双频全球定位性能以及评估ZTD性能，根据IGS中心提供的精确坐标，本文首先计算得到不同测站E、N、U方向的静态与动态PPP精度，然后对比不同情况不同测站ZTD与IGS产品随历元的变化，最后得到不同情况不同测站ZTD与IGS产品的RMS值。

2.1 静态PPP

连续5天BDS-3各测站收敛后静态PPP精度的平均值如图2所示，可以看出，BDS-3系统B1C/B2a和B1I/B3I频率组合各测站E方向的静态PPP精度优于3 cm，N方向除个别测站非差非组合B1C/B2a组合外，静态PPP精度优于2 cm，U方向除个别测站外，静态PPP精度优于5 cm。

图2 BDS-3静态PPP精度平均值

2021-01-04各测站静态PPP的ZTD评估结果如图3所示，可以看出，除WUH2测站外，4种BDS-3静态PPP评估的ZTD与IGS结果一致性较好，而WUH2测站评估结果略高于IGS结果，主要与WUH2测站高程方向定位结果发散有关[12]。无论是B1C/B2a双频无电离层组合还是非差非组合，静态PPP评估的ZTD结果开始波动较大，而B1I/B3I组合静态PPP评估的ZTD结果收敛性较好，收敛后4种静态PPP评估ZTD的一致性较好。

图3 BDS-3静态PPP估计ZTD结果

不同BDS-3静态PPP评估得到的各测站连续5天RMS平均值与IGS结果RMS值如表2所示，可以看出，除WUH2测站外，各测站4种BDS-3静态PPP评估的ZTD与IGS结果RMS值相差1 cm以内，而WUH2测站评估结果与IGS结果RMS值相差大于1 cm，主要与该测站高程方向定位结果发散有关，与ZTD随历元变化结果一致。

表2 BDS-3静态PPP评估各测站ZTD的RMS平均值/m

2.2 动态PPP

连续5天BDS-3各测站收敛后动态PPP精度平均值如图4所示，可以看出，除个别测站外，BDS-3系统B1C/B2a和B1I/B3I频率组合E方向的动态PPP精度优于6 cm；除个别测站以及非差非组合B1C/B2a组合外，N方向动态PPP精度优于5 cm；除个别测站外，U方向动态PPP精度优于11 cm。

图4 BDS-3动态PPP精度平均值

2021-01-04各测站动态PPP的ZTD评估结果如图5所示，可以看出，除WUH2测站外，BDS-3系统B1I/B3I组合动态PPP评估的ZTD结果与IGS结果具有较好的一致性，而WUH2测站ZTD结果略高于IGS结果；除SUTM、NYA2、GODS测站外，其余测站B1C/B2a评估ZTD结果与IGS结果具有较好一致性，其原因可能与3个测站所处地理位置与观测环境有关；B1C/B2a、B1I/B3I动态PPP评估ZTD结果的收敛性与静态PPP评估结果一致。

图5 BDS-3动态PPP估计ZTD结果

不同BDS-3动态PPP评估得到的各测站连续5天RMS平均值与IGS产品RMS平均值如表3所示，可以看出，BDS-3动态PPP评估各测站ZTD的RMS平均值与IGS结果存在较大偏差，差值大于等于1 cm，说明动态PPP评估ZTD的结果没有静态PPP评估ZTD的结果稳定。

表3 BDS-3动态PPP评估各测站ZTD的RMS平均值/m

3 结语

为评估BDS-3双频PPP性能以及其评估ZTD的能力，本文基于8个MGEX跟踪站数据，首先采用无电离层和非差非组合模型解算得到B1C/B2a和B1I/B3I静态与动态PPP结果，然后提取ZTD结果，最后与IGS给出的ZTD结果进行对比。本文得到的主要结论为：①B1C/B2a与B1I/B3I的静态PPP水平和高程定位精度均在厘米级，动态PPP水平定位精度在厘米级，高程定位精度在分米级；②采用静态PPP评估ZTD，除WUH2测站外，评估精度在毫米级，采用动态PPP评估ZTD的B1C/B2a组合结果不稳定，评估B1I/B3I组合结果相对稳定，评估精度均在厘米级，无论是静态还是动态PPP评估ZTD，B1I/B3I组合评估结果的稳定性优于B1C/B2a组合。